Modeling of the radiation regime and photosynthesis of a finite canopy using the DART model. Influence of canopy architecture assumptions and border effects

Valérie Demarez , Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry , Patrick Mordelet , Claude Tosca , Georges Marty , Pierre Guillevic

The scope of this work was to investigate the impact of the border effects and the 3-D architecture of a fallow field on: 1) its bidirectional reflectance factor (BRF); 2) its PAR (photosynthetically active radiation) regime; and, to a lesser extent, 3) on its carbon assimilation. For this purpose, laboratory BRF measurements were conducted on a sample of a fallow field. Moreover, we modified a 3-D radiative transfer model in order to simulate the visible and near infrared BRF of finite and heterogeneous media. Several scene representations were used (finite and infinite scenes with/without 1-D or 3-D distribution of leaf area index [LAI]). Results showed that border effects and LAI distribution strongly affect the BRF, with variations as large as 40% depending on the scene representations and on the spectral domain. PAR profiles and instantaneous canopy carbon assimilation of an infinite scene (natural conditions) were also studied with the 3-D model. The results stressed that, in the case of a fallow field, the use of a simple LAI profile provides enough information to accurately simulate the effects of the architecture on the PAR regime and the carbon assimilation of a fallow field.

Modélisation du transfert radiatif et de l'activité photosynthétique d'un milieu fini avec le modèle DART. Étude de l'influence de l'architecture du couvert et des effets de bords. L'objectif de ce travail était d'étudier l'influence des effets de bord et de l'architecture d'un couvert de jachère sur : 1) le facteur de réflectance bidirectionnel (FRB) ; 2) la distribution du PAR (rayonnement photosynthétiquement actif) ; et, dans une moindre mesure, 3) l'assimilation carbonée, A(CO$_2$). Nous avons, pour cela, utilisé un modèle de transfert radiatif 3-D (DART) que nous avons adapté de manière à pouvoir simuler le FRB, dans le visible et le proche infrarouge, de milieux de dimension finie et étudier ainsi les effets de bord. Plusieurs représentations du milieu (maquettes finies et infinies avec un LAI constant, profil vertical de LAI et distribution 3-D de LAI) ont été utilisées afin de tester l'influence de l'architecture du couvert sur le FRB. L'analyse des résultats a permis de montrer que les effets de bords ainsi que la distribution du LAI influençaient fortement le FRB (variations supérieures à 40 % ). Les simulations ont été comparées à des mesures de réflectances bi-directionnelles réalisées en laboratoire sur un échantillon de jachère prélevé sur le terrain. Des profils de PAR (rayonnement photosynthétiquement actif) et d'assimilation carbonée instantanés ont également été simulés dans le cas d'un milieu naturel (de dimension infinie). Il s'est avéré que, dans le cas d'une jachère, l'utilisation d'un simple profil de LAI permettait de prendre en compte l'effet de l'architecture sur le PAR et sur l'assimilation carbonée.

Mots clés: border effect; 3-D architecture; BRF; fallow field<br>---<br>effet de bord; architecture 3-D; FRB; PAR; jachère

Domaines: Sciences agricoles; Ecologie, Environnement

Valérie Demarez, Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry, Patrick Mordelet, Claude Tosca, Georges Marty, et al.. Modeling of the radiation regime and photosynthesis of a finite canopy using the DART model. Influence of canopy architecture assumptions and border effects. Agronomie, 2000, 20 (3), pp.259-270. ⟨10.1051/agro:2000125⟩. ⟨hal-00886020⟩